关于卵巢切除大鼠皮质骨骨密度与生物力学特性

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　　　　　　 作者：韩利华，王全平，刘建，李晓娟，候的门

【关键词】 骨质疏松症
　　关键词: 骨质疏松症;大鼠;骨密度;生物力学
　　摘 要:目的 探讨雌激素减少对皮质骨骨密度及生物力学特性的影响. 方法 用雌性大鼠去势建立绝经后骨质疏松症动物模型，观察去势后6wk及12wk大鼠胫骨骨密度及股骨屈服点载荷、载荷/变形、最大应力以及弹性模量的变化. 结果 去势6wk骨密度与屈服点载荷、载荷/变形、最大应力以及弹性模量与对照组相比无显著差异（P&>0.05），而去势12wk组骨密度明显低于对照组（P&<0.01），而屈服点载荷、载荷/变形、最大应力以及弹性模量均低于对照组（P&<0.05）. 结论 骨密度和生物力学参数的测量对于骨质疏松症动物模型的建立及治疗骨质疏松症药物疗效的判断有重要的意义.
　　Keywords:osteoporosis;rat;bone mineral density;biome-chanics
　　
　　Abstract:AIM To explore the effects of bone mineral den-sity and biomechanical properties of the cortical bone in o-variectomized（OVX）rats.METHODS An animal model of postmenopausal osteoporosis was established by ovariec-tomized rats and the change in tibia bone mineral density and femur yield point load，load/deformation，ultimate stress and elastic modules was observed at6weeks and12weeks after operation.RESULTS Bone mineral density，yield point load，load/deformation，ultimate stress and elastic modules had no change at6weeks（P&>0.05）;bone mineral density in OVX rats was significantly lower than that in control rats（P&<0.01）.Yield point load，load/deformation，ultimate stress and elastic modules in OVX rats were lower than those in control rats（P&<0.05）.CONCLUSION Bone mineral density and biomechanical properties are valuable in evalua-tion of an animal model of postmenopausal osteoporosis.
　　
　　0 引言
　　
　　绝经后骨质疏松症是严重危害人类健康的一种代谢性骨病，其特点是骨量减少和骨组织显微结构受损，进而引起骨骼脆性和骨折危险性增加.骨强度的大小除了与骨结构有关外，更主要的是与骨量相关.骨强度的60%～80%都是由骨量来决定的，骨量与骨强度成正比例关系，而骨密度与骨生物力学特性是全面评价骨强度的可靠指标［1］ .我们用雌性大鼠去势建立绝经后骨质疏松症动物模型，观察去势后不同时间大鼠皮质骨骨密度与生物力学参数的变化，以探讨雌激素减少对皮质骨骨密度及生物力学特性的影响.
　　
　　1 材料和方法
　　
　　1.1 材料
　　SPA-4型骨矿分析仪，成都中国测试技术研究院;408-1型光测弹性仪，北京科学仪器厂;BLR-型拉压力传感器，杭州传感器总厂;位移传感器，北京钢铁总院;动态应变放大器，日本三菱公司;函数记录仪，上海自动化仪表二厂.SD雌性大鼠，9mo龄，体质量（350±25）g，本校实验动物中心提供.
　　1.2 方法
　　40只雌性大鼠随机分为去势组和对照组.每组又分为6wk和12wk两个时间组.各组大鼠均用10g L-1 戊巴比妥钠（30mg kg-1 ）腹腔内麻醉，下腹部切口，去势组行双侧卵巢切除术，而对照组仅行开腹术.各组大鼠分笼饲养，标准大鼠饲料，自由进水、进食.各组大鼠处死前用代谢笼收集24h尿标本及空腹血清标本，-20℃冰箱保存.取左股骨、左胫骨，去除表面附着的软组织，室温下保存于500mL L-1 生理盐水和500mL L-1 乙醇的混合液中.
　　
　　1.2.1 血清及尿液生化指标测定
　　血钙、尿钙（Ca）用邻甲酚酞络合酮比色法，血磷、尿磷（P）用亚铁磷酸钙法，血碱性磷酸酶（ALP）用对硝基苯磷酸水解法，尿肌酐（Cr）用碱性苦味酸法，均用BPC半自动生化分析仪测定.尿羟脯氨酸（HOP）采用氯胺T氧化比色法.并计算空腹尿钙、磷、羟脯氨酸与肌苷摩尔比（Ca/Cr，P/Cr，HOP/Cr）.
　　
　　1.2.2 骨密度（BMD）测定
　　将左胫骨放在装有蒸馏水的有机玻璃盒支架上，固定位置，以胫骨近端1/3交界处为测量点，应用SPA-4型骨矿分析仪做骨横越扫描.每个标本测3次，取其平均值.放射源为125 I，精密度为2%.
　　
　　1.2.3 股骨生物力学测定
　　在408-1型光测弹性仪上做股骨三点弯曲试验，直到骨折.加载速度为2mm min-1 ，支点跨距为20mm，用函数记录仪描计载荷-变形曲线，股骨中点所在截面近似地认为呈椭圆形［2］ ，用游标卡尺测其内、外径，根据载荷-变形曲线和皮质骨内、外径分析骨的生物力学性能参数
［3］ .本试验检测完整股骨结构力学性能参数为:屈服点载荷（yield point load，YL）;结构刚度，在弹性范围内以载荷-变形曲线斜率表示，即载荷与变形量（load/de-formation，L/D）之比.股骨皮质骨的材料力学参数为:最大应力（ultimate stress，US）;弹性模量（elas-tic modules，EM）.
　　
　　统计学处理:实验数据采用SPLM统计分析软件包.t检验用于进行6wk及12wk去势组与对照组组间比较.
　　
　　2 结果
　　
　　2.1 血清及尿液生化指标

　　去势6wk及12wk组血Ca，ALP，尿HOP/Cr均明显高于对照组（P&<0.01，Tab1），尿Ca/Cr高于对照组（P&<0.05），去势6wk及12wk组血P、尿P/Cr与对照组相比无显著差异（P&>0.05）.表1 血及尿生化指标测定（略）
　　2.2 大鼠胫骨骨密度和股骨生物力学参数
　　去势6wk胫骨近端1/3骨密度与股骨屈服点载荷、载荷/变形、最大应力以及弹性模量与对照组相比无显著差异 （P&>0.05），而去势12wk组胫骨近端1/3骨密度明显低于对照组（P&<0.01），而股骨屈服点载荷、载荷/变形、最大应力以及弹性模量均低于对照组（P&<0.05，Tab2）.表2 胫骨骨密度和股骨生物力学参数测定（略）
　　
　　3 讨论
　　
　　本结果显示去势6，12wk组大鼠血清钙、碱性磷酸酶明显高于对照组，提示骨形成增加.而尿钙、尿羟脯氨酸排出亦增加，提示骨吸收增加，说明去势6wk即可出现明显的骨质疏松，即典型的绝经后骨质疏松症动物模型已形成，且该动物模型为高转换型绝经后骨质疏松症动物模型，与文献报道一致［4，5］ .

　　生物力学特性是反映骨的生长代谢情况的一个重要指标，它是骨量、骨结构连续性、骨皮质厚度及骨的材料特性的综合反映［6］ ，我们采用的大鼠胫骨近端1/3骨密度测定及股骨中段三点弯曲试验主要反映皮质骨力学性质.我们测定胫骨近端1/3骨密度及股骨屈服点载荷、载荷/变形、最大应力以及弹性模量结果显示去势6wk胫骨骨密度及股骨生物力学参数无明显改变，而去势12wk胫骨骨密度及股骨生物力学参数均低于对照组，而去势6wk大鼠血清、尿生化指标即明显高于对照组.说明雌激素减少后骨代谢生化指标的变化与骨密度及骨生物力学参数的变化并不同步，而骨密度与骨生物力学参数的变化晚于骨代谢生化指标的变化.这主要是由于皮质骨骨代谢率较低的缘故.骨松质的改建率是皮质骨改建率的9倍，而真正皮质骨骨质疏松只有在骨质疏松症后期才开始［7］ .最大抗弯强度与载荷/变形之比反映了骨的结构力学性质，而最大应力及弹性模量则反应了骨的材料力学性质.骨的材料力学特性是指骨组织本身的力学性能，与骨的几何形状无关，骨的结构力学特性是指整个骨结构的力学特性，不但与骨的材料力学特性有关，而且受骨的几何特性即形状尺寸等的影响［8］ .去势6wk大鼠，表现为松质骨骨量的减少，皮质骨改变不明显，因此其结构力学性能无明显改变，而去势12wk后才出现于骨皮质变薄，其结构力学性能下降.因此股骨皮质骨几何形态的改变可能是其力学性能降低的主要原因.最大应力主要反应骨塑性特性，而骨塑性主要由有机相决定.去势6wk大鼠股骨最大应力无明显变化而去势12wk后股骨最大应力明显下降，说明去势6wk股骨皮质骨有机相无明显改变而去势12wk后股骨皮质有机相明显异常.弹性模量直接受骨再建的影响，与矿盐密度密切相关［9］ .我们发现去势6wk大鼠胫骨近端1/3骨密度及股骨弹性模量均无明显变化，而去势12wk胫骨近端1/3骨密度与股骨弹性模量均明显降低，也证实了这一点. 随着女性年龄的增长，特别是绝经期后，由于雌激素下降，人体骨量丢失，骨密度减少，骨的力学性能也下降.当骨密度减少超过一定范围就会有临床症状产生.如股骨颈BMD每减少一个标准差，其骨折危险性就增加2.6倍［10］ .一旦出现骨密度的下降，骨的力学性能也降低.因此，精确测量骨密度，对于判断骨量水平，预防骨折有十分重要的意义.应该积极采取治疗措施预防骨折的发生.
　　
　　在我们建立的绝经后骨质疏松症动物模型中，去势初期表现为松质骨骨量的减少，骨代谢生化指标改变，随后才出现骨皮质变薄，骨组织总量的减少，使骨的强度和刚度减弱，骨密度与骨生物力学参数的改变，从而导致骨骼抵抗外力作用能力的下降.这就提示我们建立骨质疏松症动物模型以及判断治疗骨质疏松症药物疗效时，要根据试验目的的不同，确定不同的检测指标.骨密度和生物力学参数的测量对于骨质疏松症动物模型的建立及治疗骨质疏松症药物疗效的判断有重要的意义.
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